Principio del Variador AC Principios Del Variador de Frecuencia (VDF) Variador de Frecuencia (VDF) ▪ Dispositivo usado para variar la velocidad de una carga conducida , tales como bombas, ventiladores compresores, transportadores y troqueladoras, entre otras, para asegurar la exactitud requerida por el proceso y también obtener ahorro de energía. ▪ Incluye protección de sobrecarga incorporado (no requiere elementos térmicos) ▪ Voltaje y Frecuencia de motor ajustable. VDF Diagrama de conexión B1 Alimentación De voltaje 2K 2K B2 L1/R T1/U L2/S T2/V L3/T T3/W S1 Arranque adelante 0±10V S2 Arranque atrás Común S3 0±10V S4 S5 Entradas de S6 Multifunción S7 S8 Común de entradas SC/SN digitales +V (+10V, 20mA) A1 Ref. principal (0±10V) A2 Ref. principal (4-20mA) A3 Ref. aux. (0±10V) AC Común Análogo PP.AFD.03.DrivePrinciples -V (-15V, 20mA) FM IM Salida análoga Mult.-función AC AM M1 M2 MA MB MC Salida análoga Mult.-función Salida digital Mult.función 250Vac/30Vdc, 1A Contacto de falla 250Vac/30Vdc, 1A P1 P2 PC Salida Mult.función de colector abierto 48v, 50mA Secciones del VDF ¿Cuales son las diferentes secciones del VDF? ▪ Una simple comprensión de las secciones del VDF Configuración Básica del VDF Entrada Conversor Entrada de voltaje AC Rectificador No Regulado Voltaje DC Inversor Salida Voltaje Controlado Frecuencia variable Voltaje variable V/F Constante Principio No.1 del VDF ▪ El inversor convierte energía AC a DC y luego nuevamente a AC. AC DC AC Ánodo (+) Cátodo (-) Sección de Rectificador Compuesto por diodos de potencia que convierten la entrada de voltaje AC a voltaje DC. + - Diagrama esquemático Bus DC Compuesto por capacitores usados para filtrar y almacenar voltaje DC. + + Contactor y Resistencia de Carga Suave El contactor y resistencia de carga suave trabajan juntos para suavizar la carga de los capacitores del bus DC Contactor de carga suave Diodos de entrada Entrada trifásica Resistencia de carga suave + Transistores de salida Capacitores de bus DC Protección Resistencia y Contactor de carga suave R1 (+) 0v MC1 L1 L2 L3 + (-) CN11 1 5or7 Power Supply Logic From Control Board 3PCB Power Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave R1 (+) MC1 L1 L2 L3 100v 0V + (-) CN11 1 5or7 Power Supply Logic From Control Board 3PCB Power Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave (+) 190v MC1 L1 L2 L3 24V + (-) 15CN 1 5or7 Power Supply Logic From Control Board 3PCB Power Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave R1 (+) MC1 0v + MC1 L1 L2 L3 (-) CN25 CN92 8PCB 3PCB l l12 TB1 CN14 13PCB CN23 DC Bus Monitor CN24 CN91 CN91 Logic From Control Board To Control Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave R1 (+) MC1 100v + MC1 L1 L2 L3 (-) CN25 CN92 8PCB 3PCB l l12 TB1 CN14 13PCB CN23 DC Bus Monitor CN24 CN91 CN91 Logic From Control Board To Control Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave R1 (+) MC1 190v + MC1 L1 L2 L3 (-) CN25 CN92 8PCB 3PCB l l12 TB1 CN14 13PCB CN23 DC Bus Monitor CN24 CN91 CN91 Logic From Control Board To Control Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave (+) MC1 190v + MC1 L1 L2 L3 (-) CN25 CN92 8PCB 3PCB l l12 TB1 CN14 13PCB CN23 DC Bus Monitor CN24 CN91 CN91 Logic From Control Board To Control Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave (+) MC1 190v MC1 + L1 L2 L3 (-) CN25 CN92 8PCB 3PCB l l12 TB1 CN14 13PCB CN23 DC Bus Monitor CN24 CN91 CN91 Logic From Control Board To Control Board DC Volt Meter - Resistencia y Contactor de carga suave (+) MC1 310v + L1 L2 MC1 L3 (-) CN25 CN92 8PCB 3PCB l l12 TB1 CN14 13PCB CN23 DC Bus Monitor CN24 CN91 CN91 Logic From Control Board To Control Board DC Volt Meter - Protección de Bus DC La protección del bus DC guarda el resto del inversor si los transistores de salida fallan. Contactor de carga suave Diodos de entrada Entrada trifásica Resistencia de carga suave + Transistores de salida Capacitores de bus DC Protección Sección de Inversor Compuesto por transistores IGBT. Los transistores son interruptores de estado sólido que envían voltaje y corriente al motor. + T 1 T2 T 3 2PCB Tarjeta de Potencia Transistor IGBT Transistor bipolar de puerta aislada Representación grafica del IGBT Tarjeta de Control La tarjeta de control es la interfaz entre el inversor y el usuario, es decir que “traduce las ordenes del usuario al lenguaje del inversor” “Acelerar” Secciones del VDF “Acelerar” Tarjeta de control El cerebro del VDF “Acelerar” Tarjeta de Potencia “Acelerar” Circuito principal “Acelerar” La tarjeta de potencia esta compuesta por los circuitos de disparos (opto acopladores) y la fuente de potencia Tarjeta de disparos Circuitos de disparos “Acelerar” “Acelerar” Tarjeta de Control Un Diagrama de Bloques Típico del VDF Contactor de carga suave Diodos de entrada Entrada trifásica Resistencia de carga suave + Transistores de salida Salida a motor Capacitores de Bus DC Fusible A/D ENTRADA ANALOGA D/A SALIDA ANALOGA DIGITAL entrada/salida EEPROM NV RAM RAM Gate Array Micro Procesador A/D Control De potencia Realimentación de Voltaje Circuitos de disparos Realimentación de Corriente Configuración Básica del VDF Entrada Conversor Entrada de voltaje AC Voltaje DC Rectificador No Regulado Inversor Salida Voltaje Controlado Frecuencia variable Voltaje variable 460V V/F Constante Voltios 23V 0 1.5Hz Frecuencia 60Hz Principio No. 2 del VDF ¿Por qué mantener una razón V/F constante? 460V 460V = 7.67 60Hz Voltios 23V = 15.3 1.5Hz 23V 0 1.5Hz 60Hz Frecuencia “Esta razón no parece constante” Principio No. 2 del VDF Circuito Equivalente a un motor L1 L2 R1 Caída 12V 460V 448V M 448 R2 = 7.46 60 S Principio No. 2 del VDF Circuito Equivalente a un motor L1 L2 R1 Caída 12V 23V 11V M 11 R2 = 7.46 1,5 S Principio No. 2 del VDF ¿Por qué mantener una razón V/F constante? 11V = 7.34 1.5Hz Una razón V/F constante produce flujo constante en el motor 448V = 7.46 60Hz Un flujo constante produce torque constante Esto conduce a la cantidad óptima de torque del motor por amperio Principio No. 2 del VDF Efectos de una razón V/f incorrecta Baja razón V/f resulta en Reducción en el flujo del motor que conduce a la reducción de torque en el motor El motor carece de voltaje, produciendo exceso de corriente Alta razón V/f resulta en: Sobresaturación, condición que produce sobre corriente sin producción de torque Sobrecalentamiento del motor Principio No. 3 del VDF Los transistores de salida trabajan como interruptores (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) Principio No. 3 del VDF A B C 0 t1 A+ on B- on C- on (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) Principio No. 3 del VDF A B C 0 t1 t2 A+ on B- on C- on C+ on (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) Principio No. 3 del VDF A B C 0 t1 t2 t3 A+ on A- on B- on C- on C+ on (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) Principio No. 3 del VDF A B C 0 t1 t2 t3 A+ on A- on B+ on B- on C- on t4 C+ on (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) Principio No. 3 del VDF A B C 0 t1 t2 t3 A+ on t4 A- on B+ on B- on C- on t5 C+ on C- on (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) Principio No. 3 del VDF A B C 0 t1 t2 t3 A+ on t4 A- on C+ on C- on (+) A+ B+ C+ A- B- C- Bus DC (-) t6 A+ on B+ on B- on C- on t5 Principio No. 3 del VDF Patrón de conmutación A+ on A- on A+ on B+ on B- on C- on 0 C+ on 60 120 C- on 180 240 300 360 Voltaje de salida resultante T1-T2 T2-T3 T3-T1 0 360 Frecuencia Portadora (fc) Es el numero de pulsos por segundo del VDF al motor La fc ayuda a producir una onda de salida Principio No. 4 del VDF Produciendo una onda de salida Frecuencia de portadora Principio No. 4 del VDF Tc Tc: Tiempo de conmutación (1/fc) Salida de onda PWM Frecuencia de portadora PP.AFD.03.DrivePrinciples Principio No. 5 del VDF Como puede variar el voltaje de salida si el voltaje del bus DC es fijo? El voltaje de salida varía, modulando el ancho del pulso que conforma la forma de onda de salida. Ton = 50% Tc A mayor tiempo de encendido (Ton) comparado con el de conmutación (Tc) mayor voltaje PROMEDIO de salida. Este método se conoce como modulación PWM. Ton Tc Ton: Tiempo encendido del transistor Tc: Tiempo de conmutación Principio No. 5 del VDF Mayor tiempo de encendido significa mayor voltaje de salida. Ton = 50% Tc Ton = 75% Tc Ton = 90% Tc Ton Ton Ton Tc Tc Tc COMPONENTES DE VARIADORES DE FRECUENCIA YASKAWA MODULOS DE POTENCIA CAPACITOR TARJETA DE POTENCIA TARJETAS DE POTENCIA TARJETA DE CONTROL TARJETA DE CONTROL TARJETA DE CONTROL TARJETA DE BORNERAS TARJETA DE BORNERAS CONTACTOR DE CARGA FUSIBLES PUENTE RECTIFICADOR Otra Información Importante Acerca Del Inversor Temas De Discusión Calculo De La Corriente Nominal del MCCB (Molded Case Circuit Brakers) Entrada monofásica Protección de sobrecarga de motor Operación con motores múltiples Contactor de entrada Contactor de salida Reducción de la capacidad en función de la altura Reactores de entrada y salida Reactor DC Grados de cerramiento NEMA/IEC Calculo De La Corriente Nominal del MCCB ▪ Regla del Pulgar : MCCB 115% de la corriente nominal de entrada del inversor Vinv x Pfm x Iinv ▪ Iin = Donde: Vin x Pfs Iin = Vinv = Iinv = Vin = Pfs = Pfm = Fusible de entrada/capacidad del MCCB Voltaje nominal de salida del inversor corriente nominal de salida del inversor x 150% Voltaje nominal de entrada Factor de potencia del sistema (red general) Factor de potencia del motor Calculo De La Corriente Nominal del MCCB Ejemplo de calculo: Corriente nominal del VDF: Voltaje nominal de entrada: Voltaje nominal de salida VDF: Factor de potencia de entrada: Factor de potencia del motor: 460V x 18A x 0.85 460V x 0.72 = 12 A 460Vac 460Vac 0.72 0.85 7038 = 21.25 Amps 331.2 Entrada monofásica Ciertos modelos de variadores pueden operar con entrada monofásica y producir las tres fases a la salida. ¿Podemos operar un VDF con 220 Vac a la entrada monofasico y conectar un motor trifásico de 230Vac? SI! Entrada monofásica ➢ La recomendación típica de los fabricantes de VDFs es sobredimensionar el inversor en un 100% o más cuando aplica potencia de entrada monofásica ➢ ¿Porque el Variador necesita ser sobredimensionado? ➢ Calor ➢ Los terminales de potencia del variador no se encuentran diseñados para rangos de corriente de entrada más altos ➢ Armónicos ➢ Contenido de armónicos más alto a la entrada del Inversor, causa recalentamiento excesivo en la fuente de potencia y los capacitores del Bus DC I in R 240 Vac V in S T U V dc V W IM Protección De Sobrecarga De Motor El VDF incluye una protección térmica electrónica para el motor ▪ ▪ Corriente nominal de motor ajustable Dependiente de la velocidad y la carga, mas no de la temperatura ▪ Operando Múltiples Motores Cuando se manejan mas de un motor en paralelo con un único VDF seleccione la capacidad del VDF así: Corriente de salida VDF Total FLA de Motor x 1.1 La operación con motores múltiples requiere un dispositivo de protección de sobrecarga para cada motor Operando Múltiples Motores VDF O/L O/L O/L M M M Contactor De Entrada Un VDF puede usarse sin un contactor de entrada ▪ No use un contactor de entrada para operaciones de arranque /paro por que así reducirá la vida útil del VDF ▪ Contactor De Salida Un VDF puede usarse sin contactor de salida ▪ La apertura o cierre del contactor en la salida con el VDF funcionando ocasiona graves daños en el equipo. ▪ Reducción De La Capacidad En Función De La Altura Los equipos de potencia pierden capacidad por encima de cierta altura, generalmente 1000 mts. ▪ El efecto de la excesiva altitud resulta en daños térmicos en los semiconductores de potencia, ya que la eficiencia de los disipadores y la resistencia dieléctrica disminuyen. ▪ Altitud (metros) Corrección de la resistencia dieléctrica Capacidad continua de corriente 1000 1.00 1.00 1524 0.95 0.99 2134 0.89 0,98 3048 0.80 0,96 Reactor de Entrada Use un reactor de entrada cuando la capacidad del transformador (KVA) es muy grande comparada con la capacidad del VDF (KVA). ▪ ▪ Cuando el factor de potencia necesite ser mejorado. Disminuye los armónicos de corriente causados por el variador. ▪ ▪ Amortigua los picos de voltaje que hayan en la red PP.AFD.03.DrivePrinciples Reactor de Salida ▪ Ubicado en la salida del VDF o entrada del motor y es usado: ▪ Cuando la longitud del cable sea excesiva. Cuando la impedancia del motor es menor comparada con la impedancia de los motores de propósito general. ▪ Mejora la eficiencia del motor, disminuyendo el ruido audible del motor y protegiéndolo contra altas temperaturas de operación. ▪ ▪ Cuando se usan varios motores a un solo variador. Reactor DC ▪Use un reactor de entrada cuando la capacidad del transformador (KVA) es muy grande comparada con la capacidad del VDF (KVA) ▪Mejora el factor de potencia. ▪Protege elementos internos del variador. ▪Recomendado ▪Corrige cuando se conecta el variador a dos fases. armónicos en corriente Clasificación de protección IEC Clase de cerramiento IP20 IP66 Características Protegido contra objetos sólidos mayores a 12mm, Como los dedos Totalmente protegido contra polvo y chorros fuertes de agua GRACIAS
